第六章主要工作指標及示功圖

1、. 示功圖示功圖Indicator card測取測取.示功圖的測取示功圖的測取一、測取示功圖的目的一、測取示功圖的目的二、機械示功器的結構和測圖原理二、機械示功器的結構和測圖原理三、電子示功器三、電子示功器四、示功圖的種類和測取四、示功圖的種類和測取.一、測取示功圖的目的一、測取示功圖的目的示功圖和示功圖面積的含義示功圖和示功圖面積的含義測取示功圖的目的測取示功圖的目的.示功圖和示功圖面積的含義示功圖和示功圖面積的含義n示功圖：是氣缸工質壓力隨氣缸容積或示功圖：是氣缸工質壓力隨氣缸容積或曲軸轉角變化的圖形。曲軸轉角變化的圖形。n用專門的測量儀器用專門的測量儀器示功器測量（示功示功器測量（示功器

2、：測取氣缸示功圖的儀器）器：測取氣缸示功圖的儀器）n由工程力學知，示功圖的面積大小代表由工程力學知，示功圖的面積大小代表了柴油機氣缸內一個工作循環(huán)的指示功了柴油機氣缸內一個工作循環(huán)的指示功的大小。的大小。.測取示功圖的目的測取示功圖的目的n是研究柴油機氣缸內工作過程完善程度的重要是研究柴油機氣缸內工作過程完善程度的重要依據(jù)（據(jù)此調整柴油機，來提高其經濟性、動依據(jù)（據(jù)此調整柴油機，來提高其經濟性、動力性、可靠性）：力性、可靠性）：n研究缸內燃燒過程和放熱規(guī)律；研究缸內燃燒過程和放熱規(guī)律；n計算缸內溫度；計算缸內溫度；n評估掃氣過程；評估掃氣過程；n確定最大爆發(fā)壓力和壓縮壓力；確定最大爆發(fā)壓力和壓

3、縮壓力；n計算柴油機指示功率；計算柴油機指示功率；n可作為柴油機動力計算和強度計算的資料；可作為柴油機動力計算和強度計算的資料；.二、機械示功器的結構和測圖原理二、機械示功器的結構和測圖原理根據(jù)其工作原理不同，示功器可分為三類：根據(jù)其工作原理不同，示功器可分為三類：機械示功器：機械示功器：螺旋彈（卷）簧式螺旋彈（卷）簧式適用于低速機、（等強適用于低速機、（等強度）柱簧式度）柱簧式適用于中速機適用于中速機 氣電示功器氣電示功器電子示功器：電子示功器：電阻應變式、壓電式、電容式、電感式示電阻應變式、壓電式、電容式、電感式示功裝置功裝置機械示功器的測圖原理：機械示功器的測圖原理：利用機械位移方法測量

4、缸內壓力和活塞位移利用機械位移方法測量缸內壓力和活塞位移A A 壓力壓力感受感受機構機構B B 轉筒轉筒機構機構C C 記錄記錄機構機構1. 結構和工作原理結構和工作原理.A為壓力感受部分：為壓力感受部分：感受部分：接受和反映氣缸內氣體壓力變感受部分：接受和反映氣缸內氣體壓力變化情況化情況壓力感受機構包括小活塞壓力感受機構包括小活塞5、活塞桿、活塞桿4及示及示功彈簧功彈簧1等，用來感受缸內壓力變化并以示等，用來感受缸內壓力變化并以示功小活塞位移輸出功小活塞位移輸出.轉筒機構：轉筒機構：n包括繩索包括繩索9、轉筒、轉筒8，用來反映柴油機活，用來反映柴油機活塞位移塞位移.記錄機構：記錄機構：n包括

5、杠桿包括杠桿3和畫筆機構和畫筆機構2，具有平行放大，具有平行放大作用，畫筆的自由端裝有筆尖作用，畫筆的自由端裝有筆尖MARKIndicator 當測量示功圖時，轉筒當測量示功圖時，轉筒8 8上夾有示功紙并通過繩索上夾有示功紙并通過繩索9 9由由柴油機曲軸或凸輪軸通過專設的示功器傳動機構帶動，繞柴油機曲軸或凸輪軸通過專設的示功器傳動機構帶動，繞其自身軸左右偏轉，其偏轉角位移量正比于柴油機活塞位其自身軸左右偏轉，其偏轉角位移量正比于柴油機活塞位移，移，即轉筒轉動的弧長代表按比例縮小的活塞行程的長度，即轉筒轉動的弧長代表按比例縮小的活塞行程的長度，反映柴油機活塞的行程。反映柴油機活塞的行程。示功器小

6、活塞示功器小活塞5 5在缸內氣體壓力推動下在小氣缸中上下移在缸內氣體壓力推動下在小氣缸中上下移動，并被彈簧力所平衡。小活塞的運動通過活塞桿帶動記動，并被彈簧力所平衡。小活塞的運動通過活塞桿帶動記錄機構的傳動桿和畫筆運動，由記錄機構反映其位移量，錄機構的傳動桿和畫筆運動，由記錄機構反映其位移量，即按一定比例反映柴油機氣缸內變化著的氣體壓力。即按一定比例反映柴油機氣缸內變化著的氣體壓力。由于示功器中小活塞的上下移動與柴油機氣缸中的氣體由于示功器中小活塞的上下移動與柴油機氣缸中的氣體壓力的變化成比例，而轉筒的轉動也與柴油機活塞行程成壓力的變化成比例，而轉筒的轉動也與柴油機活塞行程成比例變化，所以記錄

7、筆尖在轉筒記錄紙上可以給出氣缸內比例變化，所以記錄筆尖在轉筒記錄紙上可以給出氣缸內氣體壓力隨活塞位移變化的圖形，即壓力氣體壓力隨活塞位移變化的圖形，即壓力-容積示功圖容積示功圖（-V-V示功圖）示功圖）. 2、示功器小活塞和彈簧的選擇、示功器小活塞和彈簧的選擇n 為了使機械示功器能在較廣泛的壓力范為了使機械示功器能在較廣泛的壓力范圍內使用，一般備有圍內使用，一般備有三套活塞三套活塞和和一套不一套不同剛度的彈簧同剛度的彈簧。n可根據(jù)柴油機的最高爆發(fā)壓力可根據(jù)柴油機的最高爆發(fā)壓力p pz z值進行選值進行選擇，以便獲得合適的示功圖。擇，以便獲得合適的示功圖。為了便于識別，分別在示功氣缸凸緣上用鋼印

8、注明為了便于識別，分別在示功氣缸凸緣上用鋼印注明1/11/1、1/21/2、 1/51/5字樣。字樣。在測在測p p-V-V示功圖時均采用示功圖時均采用1/51/5小活塞，當測取反映小活塞，當測取反映進、排過程進、排過程的弱彈簧示功圖時剛采用的弱彈簧示功圖時剛采用1/11/1小活塞。小活塞。標號標號名稱名稱直徑直徑面積面積1/11/11/11/1標準小活塞標準小活塞20.27mm20.27mm322.535mm21/21/21/21/2標準小活塞標準小活塞14.35mm14.35mm為為1/11/1活塞的活塞的 1/21/21/51/51/51/5標準小活塞標準小活塞9.06mm9.06mm為

9、為1/11/1活塞的活塞的1/51/5n示功彈簧用彈簧比例示功彈簧用彈簧比例M M標記。示功彈簧的彈簧比標記。示功彈簧的彈簧比例單位為例單位為mm/MPamm/MPa，它表示缸內壓力每變化，它表示缸內壓力每變化lMPalMPa時彈簧的變形量時彈簧的變形量(mm)(mm)，彈簧比例越小，彈簧越，彈簧比例越小，彈簧越硬。硬。n彈簧比例的選擇應彈簧比例的選擇應根據(jù)所選定的根據(jù)所選定的小活塞標號小活塞標號和和柴油機氣缸內的最高爆發(fā)壓力柴油機氣缸內的最高爆發(fā)壓力p pz z大小大小來選擇來選擇n通常，通常，示功彈簧上所標彈簧比例示功彈簧上所標彈簧比例M M 乃對乃對1/11/1標標準活塞而言準活塞而言，

10、如該彈簧用于，如該彈簧用于1/51/5小活塞，因其面小活塞，因其面積減小積減小5 5倍，其所受總壓力降低倍，其所受總壓力降低5 5倍，使其彈簧倍，使其彈簧變形也減小變形也減小5 5倍。故其相應的彈簧比例變?yōu)楸?。故其相應的彈簧比例變?yōu)镸=M/5M=M/5。選擇彈簧時應注意使示功圖具有合適的高度，就是使選擇彈簧時應注意使示功圖具有合適的高度，就是使測取的示功圖的最大高度接近于示功圖紙的高度（測取的示功圖的最大高度接近于示功圖紙的高度（h hmaxmax= =p pz zM M，圖紙高一般為圖紙高一般為50mm50mm），），或使示功彈簧的允許最高壓力稍高于缸內的最高爆發(fā)或使示功彈簧的允許最高壓力稍

11、高于缸內的最高爆發(fā)壓力，以保證示功圖的精確度。壓力，以保證示功圖的精確度。通常測取通常測取p p-V-V示功圖時彈簧比例與爆壓的關系：示功圖時彈簧比例與爆壓的關系：彈簧比例彈簧比例M（mmMPa）876543最高爆發(fā)壓最高爆發(fā)壓力力pz（MPa）6.07.08.010.012.515.0一般測缸內爆壓的一般測缸內爆壓的p p-V-V示功圖，用硬彈簧（低彈簧比例）、示功圖，用硬彈簧（低彈簧比例）、1 15 5小活塞；小活塞；測取換氣過程的弱彈簧示功圖時用軟彈簧（高彈簧比例）測取換氣過程的弱彈簧示功圖時用軟彈簧（高彈簧比例）、1 11 1小活塞。小活塞。. 3.示功器傳動機構示功器傳動機構n作用：

12、作用：n正確反映柴油機活塞的運動規(guī)律正確反映柴油機活塞的運動規(guī)律n將活塞的行程按比例地縮小傳給示功器轉筒機構將活塞的行程按比例地縮小傳給示功器轉筒機構n要求要求: (1)柴油機活塞行程縮小后的長度應與轉筒的周長相適應，且略小于柴油機活塞行程縮小后的長度應與轉筒的周長相適應，且略小于轉筒周長。轉筒周長。 (2)轉筒的轉動必須嚴格地與柴油機活塞的運動相對應，以便正確反轉筒的轉動必須嚴格地與柴油機活塞的運動相對應，以便正確反映柴油機活塞運動規(guī)律。映柴油機活塞運動規(guī)律。 n類型：類型：n曲柄式曲柄式、杠桿式杠桿式、凸輪式凸輪式 三種傳動機構三種傳動機構（用于大型低（用于大型低速柴油機）速柴油機）.4.

13、機械示功器的優(yōu)缺點和適用范圍機械示功器的優(yōu)缺點和適用范圍n固有缺陷：固有缺陷：n因強度要求因強度要求感受缸內壓力和反映活塞位移部感受缸內壓力和反映活塞位移部分具有一定的質量；分具有一定的質量；n因靈敏度要求因靈敏度要求彈簧剛度不能太大，自振頻率彈簧剛度不能太大，自振頻率很低，不適于高速柴油機，只適于低速機和很低，不適于高速柴油機，只適于低速機和部分中速機（低于部分中速機（低于400rmin）n適用范圍：大型低速柴油機作隨機測試儀適用范圍：大型低速柴油機作隨機測試儀表，供監(jiān)控柴油機運轉使用。表，供監(jiān)控柴油機運轉使用。.5.示功圖的測取方法及注意事項示功圖的測取方法及注意事項n使用前應對示功器進行

14、檢查和保養(yǎng)使用前應對示功器進行檢查和保養(yǎng)n當示功器與傳動機構之間的距離大于當示功器與傳動機構之間的距離大于1.5m時，應選用鋼絲時，應選用鋼絲軟繩；軟繩；n使柴油機負荷穩(wěn)定；使柴油機負荷穩(wěn)定；n選擇適宜的海況和氣象條件；選擇適宜的海況和氣象條件；n示功器安裝前，先打開示功閥把通路中的積炭及雜質吹凈；示功器安裝前，先打開示功閥把通路中的積炭及雜質吹凈；n示功器安裝后，先在記錄紙上畫出大氣壓力；示功器安裝后，先在記錄紙上畫出大氣壓力；n測取滿意后，應注明日期、缸號、轉速、排溫、油門格數(shù)、測取滿意后，應注明日期、缸號、轉速、排溫、油門格數(shù)、彈簧比例；記錄氣候、風力、風向、潮流、吃水、船速等彈簧比例；

15、記錄氣候、風力、風向、潮流、吃水、船速等n每缸測取兩個，測取每缸測取兩個，測取56個示功圖后應拆下示功器進行冷個示功圖后應拆下示功器進行冷卻。卻。n測量完畢，對示功器進行徹底清潔和保養(yǎng)。測量完畢，對示功器進行徹底清潔和保養(yǎng)。.二、電子示功器二、電子示功器組成：組成：傳感器傳感器測量非電量并按一定比例轉換成相測量非電量并按一定比例轉換成相應的電量輸出應的電量輸出測量電路測量電路由壓力傳感器決定不同的測量電由壓力傳感器決定不同的測量電路路放大器放大器記錄顯示裝置記錄顯示裝置進行觀察或打印。進行觀察或打印。按壓力傳感器不同分類：按壓力傳感器不同分類：電阻應變式（壓電式、電容式、電感式）示電阻應變式（

16、壓電式、電容式、電感式）示功功裝置裝置.傳感器傳感器n測取缸內的氣體壓力測取缸內的氣體壓力傳感器傳感器：電阻應：電阻應變式或壓電式變式或壓電式n測取曲軸轉角測取曲軸轉角曲軸轉角發(fā)生器曲軸轉角發(fā)生器：磁電：磁電式或光電式式或光電式需裝兩個（其一定上止點，需裝兩個（其一定上止點，其二測量曲軸轉角）其二測量曲軸轉角）.1.電阻應變式示功裝置電阻應變式示功裝置n系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖n電阻應變式壓力傳感器的結構電阻應變式壓力傳感器的結構電阻應變式電阻應變式壓力傳感器壓力傳感器應應變變儀儀顯示顯示記錄記錄裝置裝置被測壓力信號被測壓力信號 應變片的電阻值應變片的電阻值電阻值的變化電阻值的變化 放大成所需的電

17、放大成所需的電壓或電流信號壓或電流信號.2.壓電式示功裝置壓電式示功裝置n系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖壓電傳感器壓電傳感器前置前置放大器放大器示示波波器器放大微弱信號放大微弱信號將傳感器的高阻抗將傳感器的高阻抗 低阻抗輸出低阻抗輸出.3.電子示功裝置的標定電子示功裝置的標定n為了得到滿意的測量精度，應特別重視為了得到滿意的測量精度，應特別重視上止點位置的確定和對壓力傳感器的定上止點位置的確定和對壓力傳感器的定期標定。電子示功裝置的標定包括：期標定。電子示功裝置的標定包括：n壓力值標定壓力值標定n曲軸轉角曲軸轉角(時間坐標時間坐標)標定標定.壓力值標定分為：壓力值標定分為：n靜態(tài)標定：向測量系統(tǒng)靜態(tài)標定

18、：向測量系統(tǒng)輸入穩(wěn)定的標定壓力信輸入穩(wěn)定的標定壓力信號號，通過調節(jié)電荷放大器或者應變儀的線性度，通過調節(jié)電荷放大器或者應變儀的線性度，使其輸出的壓力信號誤差滿足精度要求。使其輸出的壓力信號誤差滿足精度要求。n動態(tài)標定：隨機標定是對傳感器動態(tài)標定：隨機標定是對傳感器輸入已知頻率輸入已知頻率及幅值的壓力信號及幅值的壓力信號或者通過激波管產生一階躍或者通過激波管產生一階躍壓力，記錄它的輸出或者根據(jù)它的輸出曲線求壓力，記錄它的輸出或者根據(jù)它的輸出曲線求出其頻率響應特性，以便在使用時根據(jù)它的輸出其頻率響應特性，以便在使用時根據(jù)它的輸出響應得到準確的輸入壓力信號。出響應得到準確的輸入壓力信號。n隨機標定：

19、是在測量過程中，對一整套隨機標定：是在測量過程中，對一整套動態(tài)動態(tài)壓壓力測量裝置進行標定。力測量裝置進行標定。.曲軸轉角標定曲軸轉角標定n是指給出是指給出具有一定精度的上止點記號具有一定精度的上止點記號和和已知頻率的時標標記已知頻率的時標標記或或曲軸轉角標識曲軸轉角標識。n理論與實踐指出，上止點標記明顯影響示功理論與實踐指出，上止點標記明顯影響示功圖計算的準確度。若上止點有圖計算的準確度。若上止點有l(wèi)CA誤差，誤差，則示功圖計算有則示功圖計算有5.5%的誤差，因而要求的誤差，因而要求上止點標識誤差滿足上止點標識誤差滿足0.2CA0.5CA的的要求。要求。n對于運轉的多缸柴油機確定上止點，一般通

20、對于運轉的多缸柴油機確定上止點，一般通過暫時單缸停油法測錄。過暫時單缸停油法測錄。.4.電子示功裝置的優(yōu)缺點及適用范圍電子示功裝置的優(yōu)缺點及適用范圍n突出優(yōu)點是：突出優(yōu)點是：n固有頻率高，頻率特性寬固有頻率高，頻率特性寬。適用于低、中、高速柴。適用于低、中、高速柴油機使用，測量誤差小于油機使用，測量誤差小于1%。n電子示功裝置靈敏度高，線性好，但它易受外界干電子示功裝置靈敏度高，線性好，但它易受外界干擾影響。擾影響。n適用范圍：適用范圍：n電子示功裝置既可測取單個循環(huán)示功圖，又可測取電子示功裝置既可測取單個循環(huán)示功圖，又可測取多循環(huán)平均示功圖。多循環(huán)平均示功圖。n它與計算機組成一套完整的多參數(shù)

21、綜合測量系統(tǒng)，它與計算機組成一套完整的多參數(shù)綜合測量系統(tǒng)，可實現(xiàn)對柴油機的遠距離監(jiān)測、數(shù)字顯示及自動控可實現(xiàn)對柴油機的遠距離監(jiān)測、數(shù)字顯示及自動控制，完成對柴油機的診斷、趨向預報等監(jiān)控技術。制，完成對柴油機的診斷、趨向預報等監(jiān)控技術。.固有頻率高，頻率特性寬固有頻率高，頻率特性寬n即具有良好的高頻特性，如電阻應變式即具有良好的高頻特性，如電阻應變式的固有頻率可達數(shù)十千赫，的固有頻率可達數(shù)十千赫，壓電石英式壓電石英式可高達數(shù)百千赫（頻響特性最好）可高達數(shù)百千赫（頻響特性最好）。n固有頻率如此高的傳感器與適當?shù)臏y試固有頻率如此高的傳感器與適當?shù)臏y試環(huán)節(jié)匹配可獲得良好的頻響特性。環(huán)節(jié)匹配可獲得良好的

22、頻響特性。.易受外界干擾影響易受外界干擾影響n對測量電路要求較高，需設補償裝置：對測量電路要求較高，需設補償裝置：如電源電壓波動、電磁場干擾、環(huán)境溫如電源電壓波動、電磁場干擾、環(huán)境溫度變化等均影響其工作穩(wěn)定性度變化等均影響其工作穩(wěn)定性.二、示功圖的種類和用途二、示功圖的種類和用途 p-V 示功圖示功圖 p-j j 展開示功圖展開示功圖 p-V 轉角示功圖轉角示功圖手拉展開示功圖手拉展開示功圖 純壓縮示功圖純壓縮示功圖 梳形示功圖梳形示功圖 弱彈簧示功圖弱彈簧示功圖小結小結n根據(jù)測量的不同目的和任務，用示功器根據(jù)測量的不同目的和任務，用示功器可測取完整的：可測取完整的：np-Vp-V示功圖示功圖

23、np-Vp-V轉角示功圖轉角示功圖n不發(fā)火的純壓縮示功圖不發(fā)火的純壓縮示功圖n梳形示功圖梳形示功圖n弱彈簧示功圖弱彈簧示功圖1)1)p-p-j j展開示功圖展開示功圖 可用電子示功器測取可用電子示功器測取可用機械示可用機械示功器測取功器測取.p-Vp-V示功圖示功圖np p- -V V 圖圖n用來計算柴油機平均指示壓力、指示功率；用來計算柴油機平均指示壓力、指示功率；n調整各缸負荷的均勻性；調整各缸負荷的均勻性；n量取最高燃燒壓力；量取最高燃燒壓力；n判斷各缸燃燒情況等。判斷各缸燃燒情況等。.p-p-j j展開示功圖展開示功圖p-p-j j 圖圖由氣電示功器和電子示功器測得由氣電示功器和電子示

24、功器測得用于：用于：計算柴油機的指示功率計算柴油機的指示功率評估燃燒和與掃氣過程評估燃燒和與掃氣過程經過適當計算、整理可算得滯燃期長短經過適當計算、整理可算得滯燃期長短壓力升高率壓力升高率燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律測定發(fā)火角測定發(fā)火角測取測取p pz z和和p pC C.p-V 轉角示功圖轉角示功圖p-V 轉角示功圖轉角示功圖調整曲柄式傳動機構中的小曲柄使其調整曲柄式傳動機構中的小曲柄使其超前所測氣缸的超前所測氣缸的曲柄曲柄82左右左右，在此情況下可測得，在此情況下可測得p-V 轉角示功圖。轉角示功圖。此時，傳動機構小活塞的運動速度較大，則可用較快此時，傳動機構小活塞的運動速度較大，則可用較快的

25、小活塞運動速度反映較快的壓力變化，從而將上死的小活塞運動速度反映較快的壓力變化，從而將上死點附近的燃燒曲線在橫坐標方向放寬，點附近的燃燒曲線在橫坐標方向放寬，以利于分析研以利于分析研究柴油機燃燒過程的情況究柴油機燃燒過程的情況。示功圖已經失去原形，不能用于計算柴油機功率，只示功圖已經失去原形，不能用于計算柴油機功率，只能用來分析燃燒過程的進行情況能用來分析燃燒過程的進行情況在杠桿式和凸輪式傳動機構上較難畫出轉角示功圖。在杠桿式和凸輪式傳動機構上較難畫出轉角示功圖。.手拉展開示功圖手拉展開示功圖n用于不能測取轉角示功圖的柴油機上，用于不能測取轉角示功圖的柴油機上，為為研究燃燒過程和判斷發(fā)火時刻的早晚研究燃燒過程和判斷發(fā)火時刻的早晚n配合配合p-V示功圖研究燃燒過程示功圖研究燃燒過程n手拉展開示功圖手拉展開示功圖.純壓縮示功圖純壓縮示功圖n純壓縮示功圖純壓縮示功圖n這種示功圖是在這種示功圖是在停油狀態(tài)下測取停油狀態(tài)下測取，用以，用以分分析氣缸壓縮情況析氣缸壓縮情況，及判斷傳動機構和傳動，及判斷傳動機構和傳動狀態(tài)的正確與否。狀態(tài)的正確與否。n為正常的純壓縮示功圖。圖中壓縮過程的為正常的純壓縮示功圖。圖中壓縮過程的曲線上